Физическая основа УЗИ

Физическая основа УЗИ  — пьезоэлектрический эффект. При  деформации монокристаллов некоторых  химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

Составляющие системы ультразвуковой диагностики

Генератор ультразвуковых волн

Генератором ультразвуковых волн является датчик, который одновременно играет роль приемника отраженных эхосигналов. Генератор работает в импульсном режиме, посылая около 1000 импульсов  в секунду. В промежутках между  генерированием ультразвуковых волн пьезодатчик фиксирует отраженные сигналы.

Ультразвуковой датчик

В качестве детектора или  трансдюсора применяется сложный датчик, состоящий из нескольких сотен мелких пьезокристаллических преобразователей, работающих в одинаковом режиме. В датчик вмонтирована фокусирующая линза, что дает возможность создать фокус на определенной глубине.

Виды датчиков

Все ультразвуковые датчики  делятся на механические и электронные. В механических сканирование осуществляется за счет движения излучателя (он или вращается или качается). В электронных развертка производится электронным путем. Недостатками механических датчиков являются шум, вибрация, производимые при движении излучателя, а также низкое разрешение. Механические датчики морально устарели и в современных сканерах не используются. Используются три типа ультразвукового сканирования: линейное (параллельное), конвексное и секторное. Соответственно датчики или трансдюсоры ультразвуковых аппаратов называются линейные, конвексные и секторные. Выбор датчика для каждого исследования проводится с учетом глубины и характера положения органа.

Линейные датчики

 Линейные датчики используют частоту 5-15 Мгц. Преимуществом линейного датчика является полное соответствие исследуемого органа положению самого трансдюсора на поверхности тела. Недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения во всех случаях равномерного прилегания поверхности трансдюсора к коже пациента, что приводит к искажениям получаемого изображения по краям. Также линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображение исследуемой зоны с высокой разрешающей способностью, однако глубина сканирования достаточно мала (не более 11 см). Используются в основном для исследования поверхностно расположенных структур — щитовидной железы, молочных желез, небольших суставов и мышц, а также для исследования сосудов.

Конвексные датчики

 Конвексный датчик использует частоту 1,8-7,5 МГц. Имеет меньшую длину, поэтому добиться равномерности его прилегания к коже пациента более просто. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение по ширине на несколько сантиметров больше размеров самого датчика. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает 20-25 см. Обычно используется для исследования глубоко расположенных органов — органы брюшной полости и забрюшинного пространства, мочеполовой системы, тазобедренные суставы.

Секторные датчики

 Секторный датчик работает на частоте 1,5-5 Мгц. Имеет ещё большее несоответствие между размерами трансдюсора и получаемым изображением, поэтому используется преимущественно в тех случаях, когда необходимо с маленького участка тела получить большой обзор на глубине. Наиболее целесообразно использование секторного сканирования при исследовании, например, через межреберные промежутки. Типичным применением секторного датчика является эхокардиография — исследование сердца.

Методики ультразвукового исследования

Отраженные эхосигналы поступают  в усилитель и специальные  системы реконструкции, после чего появляются на экране телевизионного монитора в виде изображения срезов тела, имеющие различные оттенки  черно-белого цвета. Оптимальным является наличие не менее 64 градиентов цвета  черно-белой шкалы. При позитивной регистрации максимальная интенсивность  эхосигналов проявляется на экране белым цветом (эхопозитивные участки), а минимальная — чёрным (эхонегативные участки). При негативной регистрации наблюдается обратное положение. Выбор позитивной или негативной регистрации не имеет значения. Изображение, получаемое при исследовании, может быть разным в зависимости от режимов работы сканера. Выделяют следующие режимы:

A-режим. Методика даёт  информацию в виде одномерного  изображения, где первая координата, это амплитуда отраженного сигнала  от границы сред с разным  акустическим сопротивлением, а  вторая расстояние до этой  границы. Зная скорость распространения  ультразвуковой волны в тканях  тела человека, можно определить  расстояние до этой зоны, разделив  пополам (так как ультразвуковой  луч проходит этот путь дважды) произведение времени возврата  импульса на скорость ультразвука.

B-режим. Методика даёт  информацию в виде двухмерных  серошкальных томографических изображений анатомических структур в масштабе реального времени, что позволяет оценивать их морфологическое состояние.

M-режим. Методика даёт  информацию в виде одномерного  изображения, вторая координата  заменена временной. По вертикальной  оси откладывается расстояние  от датчика до лоцируемой структуры, а по горизонтальной — время. Используется режим в основном для исследования сердца. Дает информацию о виде кривых, отражающих амплитуду и скорость движения кардиальных структур

Методика основана на использовании  эффекта Допплера. Сущность эффекта состоит в том, что от движущихся объектов ультразвуковые волны отражаются с измененной частотой. Этот сдвиг частоты пропорционален скорости движения лоцируемых структур — если движение направлено в сторону датчика, то частота увеличивается, если от датчика — уменьшается.

Терапевтическое применение ультразвука  в медицине

Помимо широкого использования  в диагностических целях, ультразвук применяется в медицине как лечебное средство.

Ультразвук обладает действием:

противовоспалительным, рассасывающим

анальгезирующим, спазмолитическим

кавитационным усилением проницаемости кожи

Эхоконтрастирование

Методика основана на внутривенном введении особых контрастирующих веществ, содержащих свободные микропузырьки  газа (диаметром менее 5 мкм при  их циркуляции не менее 5 минут). Полученное изображение фиксируется на экране монитора, а затем регистрируется с помощью принтера.

Эхоэнцефалография

Применение ультразвука  для диагноза при серьёзных повреждениях головы позволяет хирургу определить места кровоизлияний. При использовании  переносного зонда можно установить положение срединной линии головного  мозга примерно в течение одной  минуты. Принцип работы такого зонда  основывается на регистрации ультразвукового  эха от границы раздела полушарий.

Офтальмология

Ультразвуковые зонды  применяются для измерения размеров глаза и определения положения  хрусталика.

Внутренние болезни

Ультразвуковое исследование играет важную роль в постановке диагноза заболеваний внутренних органов, таких  как:

брюшная полость и забрюшинное  пространство

печень

жёлчный пузырь и желчевыводящие пути

поджелудочная железа

селезёнка

почки

органы малого таза

мочеточники

мочевой пузырь

предстательная железа

УЗИ грудной клетки проводится при  боли в грудной клетке при дыхании, при подозрении на плеврит

 

3.3.2 Ультразвуковое исследование при плевритах

При ультразвуковом исследовании свободная жидкость в  плевральной полости

выявляется легко. Исследование следует проводить не только в  положении

пациента лежа, но также  сидя, стоя. Производится сканирование грудной клетки

в продольных плоскостях по подмышечным, паравертебральным, окологрудинным

линиям. В месте скопления  плевральной жидкости датчик разворачи­вается вдоль

межреберного промежутка и производится поперечное сканирование интересующего

участка.

Эхографическая картина при наличии плеврального выпота зависит от количества

жидкости. Если объем выпота небольшой, он выглядит в виде клиновидных

эхонегативных участков. При увеличении количества жидкости эхонегативное

пространство расширяется, сохраняя клиновидную форму. Плевральные  листки

раздвигаются скопившейся  жидкостью. Легочная ткань, которая  выглядит как

однородное эхогенное образование, смещается к корню (вверх и к центру грудной

клетки).

Образующиеся в экссудате  нити фибрина выявляются при ульт­развуковом

исследовании в виде эхогенных линий различной длины и толщины.

При локализации осумкованной жидкости в междолевых пространствах

ультразвуковое исследование иногда может оказаться неэффективным.